Datação radiometrica: metodo rubidio - estroncio (Rb/Sr).

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Augusto Massina
Casilda Simango
Ernesto Alberto Guilengue
Iolanda preso
Nicolas Merces João Mavume
Datação Radiométrica (Método de datação Rubídio- Estrôncio)
Licenciatura em Geologia
2° Ano
Universidade Pedagógica
Beira
2016
Augusto Massina
Casilda Simango
Ernesto Alberto Guilengue
Iolanda preso
Nicolas Merces João Mavume
Datação Radiométrica (Método de datação Rubídio- Estrôncio)
Licenciatura em Geologia
Trabalho da cadeira de Geoquímica a ser apresentado no Departamento de Ciências da Terra e Ambiente Delegação da Beira para fim avaliativo.
 
 Docente: Alberto Meque
	 
	
Universidade Pedagógica
Beira
2016
Índice
Índice de figuras
Figura 1 - principais métodos radiométricos	5
Figura 2 - decaimento radioactivo de Rubídio para estrôncio	8
Figura 3 - Diagrama Isocronico Rb-Sr. Os pontos A, B, C, D, representam valorem isotópicos de quatro amostras no momento do fechamento de seus sistemas isotópicos no passado. Com o decaimento do 87Rb, estas amostras apresentam valores actuais de Aʼ, Bʼ, Cʼ, Dʼ . A recta definida por estes pontos, a isócrona, terá o ângulo, , directamente proporcional á idade da amostra, calculada na equação: tg =(, Portanto , t = tg/. O intercepto da isócrona com o eixo 87Sr/86Sr define a razão inicial de Sr no sistema, (87Sr/86Sr), um importante indicador da origem (se do manto ou crosta) do material analisado.	10
Figura 4 - Etapas principais na determinação	14
Índice de tabelas 
Tabela 1- Concentrações médias de Rb e Sr em alguns minerais e rochas	7
Objectivos 
Objectivo Geral 
Analisar detalhadamente o método Rubídio – Estrôncio (Rb/Sr)
Objectivos Específicos 
Conceituar o método de datação radiométrica 
Conhecer o historial da datação radiométrica
Demonstrar os princípios aplicados na datação radiométrica
Citar os principais métodos aplicados na datação radiométrica
Classificar especialmente o método Rb/Sr
Apontar todos procedimentos usados para a datação mediante o método Rb/Sr
Introdução 
Para a determinação de idades das rochas ou de outros materiais, os geólogos se dispõem de duas maneiras ou recursos: método de datação relativa, que envolve, (o registo litológico, unidades estratigráficas, unidades cronostratigráficas, biostratigráficas e paleontológicas) e o método de datação absoluta (datação radiométrica), do qual este ultimo será detalhado neste trabalho. 
Com a descoberta da emissão de raios de urânio, por Becauerel em 189, e a sua transformação em outros elementos radioactivos mais estáveis como o hélio e o chumbo, foi possível determinar a escala do tempo profundo, e acabar com algumas ideias catastróficas que alguns cientistas como Lord Kevin propunham, ao afirmar que a idade da terra não passava de 40 milhões de anos. 
Sendo assim ao longo dos anos, foram descobertas vários elementos químicos que se desintegravam em outros mais estáveis, tal como exemplo o Rubídio que se transforma em Estrôncio. Para se determinar a idade de um sistema que contenha estrôncio que sofreu desintegração do Rubídio, nos é necessário obedecer vários critérios, dos quais todos eles serão bordados nas páginas subsequentes. 
Datação radiometria
Conceitos fundamentais
(wikipedia, 2016), A datação radiométrica é o procedimento do cálculo da idade absoluta de uma rocha e dos minerais que contém certos radioisótopos (isótopos radioactivos). Em outras palavras, é o procedimento do cálculo da idade absoluta de uma rocha por meio da medição da quantidade de energia emitida pelos elementos radioactivos. Utilizam-se princípios físicos da radioactividade que fornecem a idade da rocha com precisão baseada nas leis do decaimento radioactivo. Desta maneira, o uso desse método, só foi possível depois da descoberta da radioactividade (1896).
Breve historial
Segundo (Celso Del Re Carneiro, 2005), A radioactividade foi detectada pela primeira vez há aproximadamente 100 anos atrás, com o uso de meios mecânicos. Tudo se associa a uma série de circunstâncias favoráveis que envolveram experimentos com sais de urânio. Parece que tudo começou com o vidreiro alemão Heinrich Geissler que se dedicou a construir vasos de pressão contendo eléctrodos de metais que poderiam ser utilizados para estudar a transmissão de cargas eléctricas através do vácuo. As experiências mostraram em 1855 a existência dos raios catódicos, somente explicados
em 1897 por J. J. Thomson. Este considerou os raios como fluxos de electrões, ou seja, partículas negativamente carregadas. O passo levou ao conhecimento da estrutura interna dos átomos e, consequentemente, trouxe um prémio Nobel de Física para Thomson. Em 1896, um físico francês, Henri Becquerel, descobriu que o urânio emite misteriosos raios que podem realmente activar placas fotográficas em escuridão total. Dentro de poucos anos, a importância da energia radioactiva em processos geológicos tornou- se evidente .Ernest Ruthrford e Frederick Soddy postularam, em 1902 que os elementos radioactivos se transformam em outros elementos durante a emissão de raios radioactivos, sendo o hélio, a partir de partículas alfa, um dos produtos da desintegração radioactiva de urânio. Então em 1906, Ruthrford fez na Inglaterra a primeira tentativa de medir a idade de minerais a partir de sua razão Hélio- urânio. (Don.L.Eicher)[1: Com esta descoberta, o calor que escapa da superfície da terra deixou de implicar em , iminentes épocas, mas frias no futuro e em tempos passados marcadamente mais quentes pois que o calor não mais precisava ser considerado residual. Ao contrário, é gerado continuamente dentro da terra por processo radioactivos. Assim, a perda de calor da superfície da terra tem sido aproximadamente a mesma por muito tempo.]
Em 1911, o geólogo britânico Arthur Holmes publicou um trabalho sobre datação radioactiva, onde destacou que certos elementos químicos possuem o núcleo do átomo instável e denominou-os de nuclídeos radioactivos.
Princípios básicos na datação radiométrica
Muitos tipos de átomos que ocorrem na natureza possuem núcleos que se desintegram espontaneamente para um estado de menor energia, esses átomos são chamados radioactivos. (Don.L.Eicher) Em geral, no processo de desintegração radioactiva, o núcleo do elemento-pai pode emitir partícula alfa, beta ou ainda capturar um electrão quando da desintegração. Além disso pode simultaneamente emitir raios-gama (radiação electromagnética mais Energética do que raios-X). A desintegração alfa (a) consiste na perda, pelo núcleo do átomo-pai, de dois protões e dois neutrões; o número de massa decresce de quatro e o número atómico de dois. A desintegração beta ocorre quando o núcleo emite um electrão de alta velocidade, um de seus neutrões se transforma em um protão e o número atómico aumenta de um. Na captura de electrões, um protão do núcleo captura um electrão orbital e se transforma em um neutrão: o número atómico decresce de um. A desintegração beta e a captura de electrões não mudam o número de massa. A desintegração radioactiva envolve apenas o núcleo de um átomo-pai; a taxa não se altera quaisquer que sejam as condições físicas e químicas, como pressão, temperatura e soluções-tampão. (Celso Del Re Carneiro, 2005). Estes elementos, através da emissão espontânea de radiação, se transformam em elementos estáveis (nuclídeos radiogénicos). Dessa maneira o elemento-pai (radioactivo) se desintegra emitindo radiação e se transforma no elemento-filho (radiogénico). Isso foi fundamental para a geologia porque permitiu o cálculo da idade absoluta de uma rocha ou mineral. As rochas são formadas por minerais, os quais são constituídos por elementos químicos, ou seja, são nuclídeos radioactivos, e o conceito de decaimento radioactivo envolve uma constante da física denominada de cálculo de meia-vida, que é o tempo necessário para que metade da massa do elemento-pai se transforme no elemento-filho.
Segundo (Thomas R. Faichild, 2006), a obtenção de idades de minerais e rochas,independentemente do método adoptado é feita utilizando a equação fundamental da geocronologia, baseada no processo de decaimento radioactivo representada pela seguinte fórmula:
 
Se = N +F, então 
, Onde: 
N- é o número de átomos do isótopo radioactivo (elemento pai) medido hoje na amostra.
No- Quantidade inicial de isótopo radiactivo no momento de fechamento do sistema.
F- número de átomos do isótopo radiogénico (elemento filho) medido hoje na amostra.
t- Tempo decorrido desde o fechamento do sistema isotrópico ( idade do sistema).
- Constante de desintegração do elemento pai. 
Métodos usados na datação radiométrica
Os métodos de datação radiométrica são baseados ou na acumulação de filhos atómicos produzidos por um pai radioactivo, ou na depleção de um nuclídeo radiactivo pai. A datação na maioria das rochas e minerais utiliza o método de acumulação. Os principais métodos usados na datação radiométrica, como ilustra a figura a baixo, são:
Figura 1 - principais métodos radiométricos
Fonte:https://www.google.co.mz/search?q=desintegracao+radioativa&biw=1366&bih=640&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwjSht3ah5HPAhXBCcAKHVr1CNkQ_AUIBigB#tbm=isch&q=metodos+usados+na+datacao+radiometrica&imgrc=FnTR4dbqwhjSZM%3ª.
Neste trabalho abordaremos com mais detalhes o método Rubídio- estrôncio.
Métodos Rubídio- estrôncio
Historial
O método geocronológico Rb-Sr foi utilizado pela primeira vez, na determinação de
Idades em lepidolita da Silver Mine. O desenvolvimento do método teve impulso na década de 50, com a utilização do espectrómetro de massa para determinação quantitativa do 87Rb e 87Sr. O método parte do princípio de que o isótopo radioactivo instável ou nuclídeo pai 87Rb se desintegra formando o isótopo radiogénico estável ou nuclídeo filho 87Sr , segundo a reacção:
87Rb37 → 87Sr38 + ß- + v- + Q (emissão de ß-)
Onde:
 ß- = e-,- é antineutrino e
 Q= energia de decaimento
Este método está baseado no decaimento radioactivo do Rb87 para Sr87 que apresenta uma meia-vida de 4.88 x 1010 anos, o que corresponde a uma constante de desintegração (l) para o Rb87 de 1.42 x 10-11 ano-1. (Trindade, 2000). 
Desenvolvimento deste processo foi auxiliado pelo químico alemão Fritz Strassmann , que mais tarde passou a descobrir a fissão nuclear com o químico alemão Otto Hahn e físico sueco Lise Meitner. (Jacobsen S.B, 2000). 
Geoquímica do Rubídio (Rb)
O Rubídio (Rb) é um metal alcalino do grupo IA da tabela periódica. No ciclo geoquímico acompanha o potássio (K). O Rb tem Z = 37, A = 85,46776; raio 1,48 Å (K = 1,33 Å) e carga +1.
Este não forma minerais e ocorre principalmente em minerais contendo K (micas como biotita, muscovita, flogopita e lepidolita). Também em ortoclásio, microclínio, evaporitos (siderita, carnallita) em alguns argilominerais. Nos minerais piroxénios, olivina, anfibólios e plagioclásios, ocorre em baixas concentrações. Em rochas ultrabásicas, a concentração é relativamente baixa quando comparada com a concentração nas rochas graníticas. (Silva, 2006). 
Composição Isotópica natural
87Rb = 27,8346% (instável)
85Rb = 72,1654% (estável)
Tabela 1- Concentrações médias de Rb e Sr em alguns minerais e rochas
Fonte: Faure e Powell, 1972. 
Geoquímica do Estrôncio (Sr) 
O Sr é um elemento alcalino terroso do Grupo IIA na tabela periódica e no ciclo geoquímico acompanha o Ca. Este Sr tem Z = 38; A = 87,62; raio = 1,13 Å (Ca = 0,99 Å) e carga +2.
Ocorre principalmente em minerais portadores de Ca, tipo plagioclásios, anfibólios, piroxénios, apatita e carbonatos de cálcio. Os minerais do grupo das micas e feldspatos alcalinos possuem baixas concentrações.
Composição isotópica:
 
 84Sr = 0,56%
Sr 86Sr= 9,86%
 87Sr = 7,00%
 88Sr = 82,58%
Onde : 84Sr, 86Sr e 88Sr são isótopos não radiogénicos e
 87Sr isótopo radiogénico.
Procedimentos Rb-Sr
O rubídio – 87 radioactivo, que constitui 28% de todo o rubídio natural, desintegra-se por uma fase beta única em estrôncio 87 (figura 2). As micas e os feldspatos potássicos são os minerais mais adequados para determinações de idades por esse método, como ilustrado na tabela 1. (Don.L.Eicher). Para (Celso Del Re Carneiro, 2005) O Método Rubídio-Estrôncio permite a datação de rochas muito antigas, incluindo amostras[2: E possível também utilizar amostra de rochas- total, em vez de minerais individuais. No caso de método Rb-Sr muito empregado principalmente no granito, varias amostras dum mesmo corpo rochoso são colectadas seus teores e suas composições isotrópicas de Rb-Sr, determinadas e os seus resultados lançados num diagrama 87Sr/86Sr Vs 87Rb/86Rb.]
de rochas lunares (colectadas pelas missões Apolo) até rochas com poucos milhões de anos. A datação de Rb e Sr tem sido aplicada com maior sucesso para rochas metamórficas que qualquer outro método.
Conhecendo- se a relação inicial 87Sr/86Sr da amostra, podemos determinar a quantidade de 87Sr que é original e aquela que é proveniente da desintegração do 87Rb. Do qual resume-se na seguinte equação: 
Figura 2 - decaimento radioactivo de Rubídio para estrôncio
Fonte: (Thomas R. Faichild, 2006)
Onde:
 Lambda ( é a constante de decaimento e t é a idade do sistema. 
Conhecendo –se a constante de decaimento do rúbido- 87, podemos calcular com o emprego da equação da recta, ilustrado pelo ângulo de inclinação de isócrona, a idade do conjunto de amostra da rocha. (Frank Press, 2006).
Diagramas isocrónicos
Segundo (Celso Del Re Carneiro, 2005), A idade é então calculada pela relação filho/pai radioactivo. É uma idade convencional, ideal para rochas com minerais excepcionalmente ricos em Rb. Como isto nem sempre é possível ou surgem dúvidas quanto ao real valor do 87Sr, original, procura- se utilizar o Método da Isócrona. Para aplicação são necessárias várias amostras de rochas cogenéticas que contenham diferentes teores de Rb. Com isto torna-se possível a montagem da isócrona. [3: Significa que tiveram uma mesma origem.]
Construção do diagrama isocronico Rb-Sr
Para se construir uma isócrona é necessário:
Termos pelo menos 3 amostras de rochas com variadas razões Rb/Sr originadas em um mesmo evento (fusão parcial, cristalização fraccionada, etc.)
Com análises de rocha total e de minerais constituintes, dessa mesma rocha, é possível se determinar a idade da formação desses minerais.
Na colecta de amostras para a confecção do diagrama isocrónico Rb-Sr deve-se tomar as seguintes precauções:
As amostras devem ser cogenéticas, ou seja, formadas em um mesmo processo genético, seja ele tectónico, metamórfico, ígneo ou hidrotermal;
Para haver um espalhamento dos pontos que definam uma isócrona confiável, deve-se colectar amostras com distinta composição mineralógica, portanto, diferentes razões 87Sr/86Sr e 87Rb/86Sr.
Figura 3 - Diagrama Isocrónico Rb-Sr. Os pontos A, B, C, D, representam valores isotópicos de quatro amostras no momento do fechamento de seus sistemas isotópicos no passado. Com o decaimento do 87Rb, estas amostras apresentam valores actuais de Aʼ, Bʼ, Cʼ, Dʼ . A recta definida por estes pontos, a isócrona, terá o ângulo, , directamente proporcional á idade da amostra, calculada na equação: tg =(, Portanto, t = tg/. O intercepto da isócrona com o eixo 87Sr/86Sr define a razão inicial de Sr no sistema, (87Sr/86Sr), um importante indicador da origem (se do manto ou crosta) do material analisado.
Fonte: (Trindade, 2000)
Aplicações dos dados obtidos do diagrama isocronico
Em rochas sedimentares
Os diagramas isocrónico indicam idades de processos digenéticos, idade de protolitos, dependendo da granulometria dos sedimentos, e dependendo da intensidade da diagénese, dificilmente vai ocorrer uma homogeneização. Para sedimentos finos, tipo fracção argila dos sedimentos pelíticos marinhos, pode ocorrer uma homogeneização isotópica.
Em rochas metamórficas
Tanto pode ocorrer uma homogeneização total, como uma parcial. No primeiro caso, a idade isocrónica data o evento e no segundo caso, a idade é mista(desprovida de significado geológico).
Rochas Ígneas
Vulcânicas 
Normalmente mostram idades inferiores a de extrusão. Isso dá se em função de eventos tardios de espilitização ou de metamorfismo. Também pela interacção com fluidos, granulometria fina e composição pobre em Ca (o 87Sr radiogénico não encontra sítios estruturais para ser retido no sistema rocha total).
Em rochas plutónicas 
Em função da granulometria grossa e seu maior isolamento da encaixante, os resultados Rb-Sr datam a cristalização ou o resfriamento.
Datação de rochas ígneas e metamórficas
Para se obter idades significativas para uma rocha pelo método Rb-Sr parte-se das Premissas de que: 
Não houve perda ou ganho de nuclídeos pais e filho durante um evento sofrido pela rocha a não ser através do decaimento espontâneo do nuclídeo pai.
A meia vida do nuclídeo pai tem que ser conhecida com exactidão 
 A quantidade inicial de átomos do elemento filho seja conhecida, ou possa ser calculada 
 O intervalo de tempo da formação do mineral ou rocha tem que ser pequeno quando comparado com a idade real.
As idades obtidas no diagrama isocrónico têm sido interpretadas como indicativas
dos episódios formadores de rocha, por cristalização magmática ou recristalização
metamórfica, durante os quais ocorreu a homogeneização isotópica do Sr. Tal[4: Durante a cristalização, a razão entre Rb-Sr é homogeneizada, o que deixa zerado o relógio radioactivo. Dentro dum mineral recém-formado, o decaimento Rb contínua, e novos átomos de estrôncio começam a se acumular, o que vai mudando a razão inicial.]
fenómeno ocorre sempre que a temperatura ultrapassa 250° a 300°C, durante certo
tempo, por causa da mobilidade facilitada do Sr nas fases potássicas, cujo retículo
cristalino não lhe é propício. Assim os átomos de Sr intercambiam-se nas fases
minerais de uma rocha, embora não haja necessariamente perda de Sr pelo sistema
como um todo. As fases minerais mantêm seu nível global de Sr, condicionado
pelas suas propriedades termodinâmicas e pela disponibilidade global do elemento
na rocha, entretanto o intercâmbio generalizado dos átomos de Sr faz com que
ocorra homogeneização isotópica ao nível da rocha total, processo que termina com
o resfriamento regional.
O significado das idades isocrónicas é portanto função da história térmica das rochas datadas. As idades Rb-Sr em rocha total tem sido associadas ao processo petrogenético que originou as principais paragéneses minerais observadas nas rochas durante um evento geológico (por exemplo: cristalização magmática, metamorfismo, diagénese, etc.)
Datação de rochas sedimentares segundo (Frank Press, 2006)
O decaimento do rubídio não e utilizado para datar rochas sedimentares, porque os minerais em sedimentos plásticos são geralmente derivados de rochas pré- existentes mais antigas. Mas para (Don.L.Eicher), este método também tem sido aplicado para glauconita em rochas sedimentares, mas não tão amplamente como o método potássio-argonio. Pelos seguintes motivos: 
No ambiente sedimentar, caracterizado por temperaturas mais baixas, o comportamento dos íons de Rb e Sr é diferenciado. O Rb é mais facilmente absorvido pelos argilominerais, enquanto que o Sr tende a ser liberado da estrutura cristalina dos minerais para os fluidos intersticiais. Supõe-se que esta característica favoreça o processo de uniformização isotópica do Sr (ou seja, a homogeneização isotópica em ambiente sedimentar), no momento da deposição dos sedimentos numa determinada bacia, condição necessária para a datação radiométrica Rb-Sr. 
Considerando-se válida a suposição da uniformização isotópica do Sr nos sedimentos, no momento da deposição, o sucesso de uma datação radiométrica pelo método Rb-Sr em rochas sedimentares resulta, da obtenção das amostras com alto teor de fracção argila, composta por argilominerais expansivos como a esmectite e o interestratificado ilita-esmectita.
Vantagens do método Rb e Sr
Flexibilidade do método
Aplicações em vários tipos de rocas
Aplicações em vários processos geológicos: (metamorfismo, magmatismo)
Desvantagens do método Rb e Sr
Comportamentos geoquímicos distintos entre o Rb e Sr
Facilidade de abertura do sistema
Esta técnica, em certas circunstâncias, contorna o problema de não se conhecer a quantidade filha inicial, e também fornece uma Auto verificação para determinar se as amostras testadas são propensos a ter a mesma idade
Cuidados a ter durante a datação radiométrica (em especial ao método Rb/Sr). 
Durante a determinação da idade radiométrica, existe o problema da contaminação, ou seja, eventual acrescimento do elemento a ser dosado, não associado ao processo de desintegração radioactiva. 
A contaminação por Sr, usando da aplicação do método Rb/Sr, pode ocorrer de diversas maneiras como, por exemplo, com cimento comum de construção civil. O cimento contem cálcio que, por sua vez, tem Sr associado. A presença deste material no laboratório, mesmo em quantidades mínimas acarretará, contaminação por Sr, e consequente problema com as idades determinadas. 
A geocronologia caracteriza-se pela necessidade de laboratórios super limpos onde não haja possibilidade de contaminação e onde valores muito pequenos de isótopos possam ser precisamente determinados. Com estes cuidados, razões isotópicas, que inicialmente propiciavam uma precisão de ordem 0.2%, passaram a ser medidas com precisão de ordem 1 para 104 ou melhor. 
Amostragem
Outro factor muito importante é a perfeita escolha das amostras a serem datadas. Embora existam grandes diferenças entre os métodos de datação radiométrica bem como uma enorme variedade de materiais datáveis, podem ser feitas algumas considera ções gerais sobre os problemas de amostragem. Inicialmente, os pontos de amostragem e as amostras devem ser precisamente seleccionados bem como a definição de qual método deverá ser aplicado e como os resultados deverão ser avaliados. Com essa base poderemos definir se trabalharemos com amostras do tipo rocha total, minerais separados (fracções) ou ambas as formas. O tipo e a quantidade de amostra dependem do método a ser empregado, mas sempre é interessante repetir-se a análise ou complementá-la com outro tipo de dados (como, por exemplo, análise química). A escolha das amostras inclui ainda preferencialmente a selecção de material não alterado e representativo da área a ser analisada. Torna-se ainda fundamental que todos os aspectos que possam afectar de alguma forma a datação radiométrica (tectónica, posição estratigráfica, processos digenéticos e, ou, metamórficos, intrusões etc.) sejam previamente conhecidos. 
Figura 4 - Etapas principais na determinação
Conclusão 
Após longas horas de pesquisa, concluímos que o Método Rubídio-Estrôncio permite a datação de rochas muito antigas, incluindo amostras de rochas lunares (colectadas pelas missões Apolo) até rochas com poucos milhões de anos. É muito utilizado em Geocronologia, pela versatilidade. O Rb não é um elemento comum na natureza e não forma mineral isolado, ou seja, ocorre como impureza em minerais de K, aos quais se associa devido à semelhança de raios atómicos. O isótopo radioactivo 87Rb desintegra-se para o isótopo 87Sr, em um único passo e com meia-vida de aproximadamente 48,8 Ga. Encontra-se Rb em minerais potássicos como as micas, feldspatos potássicos, piroxénios, anfibólios e olivinas, entre outros. Nesses minerais também ocorre Sr em sua forma original, não radioactiva (86Sr) o qual deverá ser precisamente determinado como parte do processo de datação. Essa quantidade será subtraída quando do cálculo final da idade da amostra, para evitar erros, uma vez que não foi originada pela desintegração do 87Rb contido. O Sr original sempre contém 86Sr não-radiogénico, que é facilmente detectado. Inicialmente, a análise de uma amostra pobre em Rb permite determinar a razão 87Sr/86Sr que se mantém no material a ser datado; uma vez que a quantidade de 86Sr na amostra não muda com o passar do tempo, procura- se em seguida uma amostrarica em Rb pois precisamos conhecer o valor do 86Sr.
Bibliografia